1、第四章第四章 非接觸測(cè)溫方法和儀表非接觸測(cè)溫方法和儀表感受件不需求與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱(chēng)非接觸測(cè)溫方感受件不需求與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱(chēng)非接觸測(cè)溫方法法根本原理：黑體的輻射出射度與溫度有單值函數(shù)根本原理：黑體的輻射出射度與溫度有單值函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過(guò)測(cè)全輻射體的輻射出射度對(duì)應(yīng)出溫度關(guān)系，經(jīng)過(guò)測(cè)全輻射體的輻射出射度對(duì)應(yīng)出溫度輻射高溫計(jì)。輻射高溫計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀表不破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)儀表不破壞被測(cè)介質(zhì)的溫度場(chǎng)感溫件不用和被測(cè)介質(zhì)到達(dá)平衡，儀表滯后小。感溫件不用和被測(cè)介質(zhì)到達(dá)平衡，儀表滯后小。實(shí)際上儀表測(cè)溫上限不受限制。感受元件不用與實(shí)際上儀表測(cè)溫上限不受限制。感受元件不用與被測(cè)介質(zhì)到達(dá)同樣溫度值，因此測(cè)溫部

2、件不被高被測(cè)介質(zhì)到達(dá)同樣溫度值，因此測(cè)溫部件不被高溫破壞。溫破壞。輸出信號(hào)大，靈敏度高，準(zhǔn)確度高輸出信號(hào)大，靈敏度高，準(zhǔn)確度高第四章第四章 非接觸測(cè)溫方法和儀表非接觸測(cè)溫方法和儀表主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫的根本原理輻射測(cè)溫的根本原理第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 紅外溫度計(jì)紅外溫度計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M01光譜輻射出射度光譜輻射出射度M01 全幅射體的輻射出射度全幅射體的輻射出射度M0

3、單位：?jiǎn)挝唬簑/m3與波與波長(zhǎng)長(zhǎng)和溫度和溫度T有關(guān)普朗克定律有關(guān)普朗克定律 為波長(zhǎng)；為波長(zhǎng)；c1 ，c2為普朗克第一，第二輻射常數(shù)為普朗克第一，第二輻射常數(shù)3.7413*10-16(w.m2) 1.4388*10-2(m.K)2運(yùn)用條件：溫度低于運(yùn)用條件：溫度低于3000K，波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光范圍，波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光范圍內(nèi)，用維恩公式替代普朗克定律，誤差不超越內(nèi)，用維恩公式替代普朗克定律，誤差不超越1%151012)e(cMTcTcecM2510維恩公式維恩公式第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理規(guī)律：規(guī)律：a )T上上升，升， M0增增大大 。b) T高，高， M0的峰值對(duì)應(yīng)的峰值對(duì)應(yīng)

4、的波長(zhǎng)變短。的波長(zhǎng)變短。M0的峰值處的峰值處的輻射波長(zhǎng)的輻射波長(zhǎng)m 與與T的關(guān)的關(guān)系遵照維恩系遵照維恩偏移定律：偏移定律： mT=2897 m.k3光譜輻射出射度光譜輻射出射度M0圖圖一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M01光譜輻射出射度光譜輻射出射度M0第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理2 2 黑體輻射出射度黑體輻射出射度M0M01 1 M0 M0與與M0M0的關(guān)系的關(guān)系M0M0是波長(zhǎng)是波長(zhǎng) 從從0 0 之間全部光譜輻射出射度的總之間全部光譜輻射出射度的總和和2 2 M0M0的公式斯忒潘的公式斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律:):) 物體的

5、總的輻射出射度與溫度的四次方成正比物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比 斯忒藩波爾茲曼常數(shù)斯忒藩波爾茲曼常數(shù),5.67032,5.67032* *10-8 10-8 W/(m2.K4)W/(m2.K4) dMM00041051012Td)e(cMTc一、黑體的光譜輻射出射度一、黑體的光譜輻射出射度M0和輻射出射度和輻射出射度M0第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理二、灰體的光譜輻射出射度二、灰體的光譜輻射出射度M和輻射出射度和輻射出射度M1 灰體的定義：假設(shè)物體的輻射光譜是延灰體的定義：假設(shè)物體的輻射光譜是延續(xù)的，且在一切波長(zhǎng)下續(xù)的，且在一切波長(zhǎng)下 常數(shù)，那么該常數(shù)，那么該物體稱(chēng)

6、為灰體。物體稱(chēng)為灰體。2灰體的發(fā)射率灰體的發(fā)射率 ： 灰體的輻射出射度和同一溫度下全輻射體的灰體的輻射出射度和同一溫度下全輻射體的輻射出射度之比，輻射出射度之比，3灰體的灰體的M 普朗克定律普朗克定律 M斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律0MM151) 1(2TcecM4TM 是小于是小于1的常數(shù)。的常數(shù)。第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理由于實(shí)踐存在的物體，其特性并不完全像灰體，由于實(shí)踐存在的物體，其特性并不完全像灰體，所以需修正：所以需修正：1光譜輻射出射度光譜輻射出射度M普朗克定律：普朗克定律： 2輻射出射度輻射出射度M斯忒潘斯忒潘玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律留意：光譜發(fā)射率留

7、意：光譜發(fā)射率和發(fā)射率和發(fā)射率，其值在，其值在0-1之間之間,都不是常數(shù)都不是常數(shù), 用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。 與溫度、該與溫度、該物體的特性和外表情況有關(guān)，物體的特性和外表情況有關(guān)， 那么按基爾霍那么按基爾霍夫定律還與夫定律還與 有關(guān)。有關(guān)。15112)e(cMTc4TM三、實(shí)踐物體的光譜輻射出射度三、實(shí)踐物體的光譜輻射出射度M和輻和輻射出射度射出射度M第一節(jié)第一節(jié) 輻射測(cè)溫根本原理輻射測(cè)溫根本原理四、單色輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì)四、單色輻射高溫計(jì)和輻射溫度計(jì)1運(yùn)用普朗克定律制造的單色輻射高溫計(jì)運(yùn)用普朗克定律制造的單色輻射高溫計(jì)2運(yùn)用輻射定律制造的輻射高溫計(jì)運(yùn)用輻射定律制造的輻射高

8、溫計(jì)3當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的增長(zhǎng)當(dāng)溫度變化時(shí)，光譜輻射出射度的增長(zhǎng)要比輻射出射度的增長(zhǎng)要快得多。單色輻要比輻射出射度的增長(zhǎng)要快得多。單色輻射高溫計(jì)的靈敏度高射高溫計(jì)的靈敏度高第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光電高溫計(jì)光電高溫計(jì) 一、光學(xué)高溫計(jì)一、光學(xué)高溫計(jì) 由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率由普朗克定律知道，物體的光譜輻射出射率M 與溫度有關(guān)，而物體在高溫下會(huì)發(fā)光，與溫度有關(guān)，而物體在高溫下會(huì)發(fā)光，稱(chēng)亮度，因亮度稱(chēng)亮度，因亮度L 與光譜輻射出射率與光譜輻射出射率M 成成正比，故經(jīng)過(guò)測(cè)物體亮度正比，故經(jīng)過(guò)測(cè)物體亮度L 可求物體的溫度?？汕笪矬w的溫度。 L

9、 =cM =c M0 c-比例常數(shù)。比例常數(shù)。2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需處理的問(wèn)題：亮度溫度由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需處理的問(wèn)題：亮度溫度1問(wèn)題提出：同樣亮度問(wèn)題提出：同樣亮度L ，由于物體，由于物體不同，不同，所以物體對(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度所以物體對(duì)應(yīng)的溫度是不同。因此某一亮度下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)標(biāo)注何種溫度？下儀表應(yīng)對(duì)應(yīng)標(biāo)注何種溫度？2處理方法：儀表標(biāo)注的是黑體對(duì)應(yīng)的溫度處理方法：儀表標(biāo)注的是黑體對(duì)應(yīng)的溫度Ts ，即亮度溫度，實(shí)踐物體的真實(shí)溫度要進(jìn)，即亮度溫度，實(shí)踐物體的真實(shí)溫度要進(jìn)展修正。展修正。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)1 1 根本任務(wù)原理：根本任務(wù)原理：3)亮度溫度亮度溫度Ts

10、：當(dāng)物體在輻射波長(zhǎng)為：當(dāng)物體在輻射波長(zhǎng)為 ，溫，溫度為時(shí)度為時(shí)T，其光譜輻射亮度，其光譜輻射亮度L 和黑體在輻和黑體在輻射波長(zhǎng)為射波長(zhǎng)為 ，溫度為，溫度為T(mén)s時(shí)的光譜輻射亮度時(shí)的光譜輻射亮度L0 相等，那么把相等，那么把Ts稱(chēng)為這個(gè)物體在波長(zhǎng)稱(chēng)為這個(gè)物體在波長(zhǎng) 下的亮度溫度。下的亮度溫度。4)由亮度溫度由亮度溫度Ts如何求物體的真實(shí)溫度如何求物體的真實(shí)溫度T 知物體的輻射發(fā)射率知物體的輻射發(fā)射率，將維恩公式代入：，將維恩公式代入：一、光學(xué)高溫計(jì)一、光學(xué)高溫計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)2 2 由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需處理的問(wèn)題：亮度溫度由亮度標(biāo)注溫度時(shí)需處理的問(wèn)題：亮度溫度TceccL

11、251sTceccL2510兩者的亮度相等，故：兩者的亮度相等，故：1112lncTTs注：注：0 10，在充分受熱后，從管，在充分受熱后，從管口看進(jìn)去管子的底部就可近似以為是全輻口看進(jìn)去管子的底部就可近似以為是全輻射體。射體。三、運(yùn)用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的本卷須知三、運(yùn)用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的本卷須知第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)2由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不由于中間介質(zhì)的影響：光學(xué)高溫計(jì)不要間隔被測(cè)物體太遠(yuǎn)，普通應(yīng)在要間隔被測(cè)物體太遠(yuǎn)，普通應(yīng)在12m之之內(nèi)比較適宜。內(nèi)比較適宜。 光學(xué)高溫計(jì)和被測(cè)物體之間的灰塵、光學(xué)高溫計(jì)和被測(cè)物體之間的灰塵、煙霧、二氧化碳等對(duì)輻射都有吸收作用，煙霧、二氧化

12、碳等對(duì)輻射都有吸收作用，呵斥誤差。呵斥誤差。3光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)反射光很強(qiáng)的物體，光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)反射光很強(qiáng)的物體，容易呵斥大容易呵斥大 誤差誤差4 光學(xué)高溫計(jì)的丈量準(zhǔn)確度比熱電偶、光學(xué)高溫計(jì)的丈量準(zhǔn)確度比熱電偶、熱電阻低，并不能測(cè)物體內(nèi)部溫度。熱電阻低，并不能測(cè)物體內(nèi)部溫度。三、運(yùn)用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的本卷須知三、運(yùn)用光學(xué)高溫計(jì)時(shí)的本卷須知第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)1 光學(xué)高溫計(jì)的問(wèn)題：丈量時(shí)要手動(dòng)平衡亮光學(xué)高溫計(jì)的問(wèn)題：丈量時(shí)要手動(dòng)平衡亮度；人斷定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還能夠因人而度；人斷定平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)還能夠因人而易；故它不是延續(xù)性丈量?jī)x表，運(yùn)用受限易；故它不

13、是延續(xù)性丈量?jī)x表，運(yùn)用受限制。制。2 其任務(wù)原理：光電器件替代人眼，作為儀其任務(wù)原理：光電器件替代人眼，作為儀表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)表的感受件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)電換成與亮度成比例的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)電子放大器放大后被丈量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)子放大器放大后被丈量，其大小對(duì)應(yīng)被測(cè)物體的溫度。光電高溫計(jì)時(shí)自動(dòng)延續(xù)測(cè)溫物體的溫度。光電高溫計(jì)時(shí)自動(dòng)延續(xù)測(cè)溫儀表。儀表。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)WDH-II光電高溫計(jì)的調(diào)制原理光電高溫計(jì)的調(diào)制原理第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)3 缺陷：光學(xué)元件互換性很

14、差，改換元件時(shí)，缺陷：光學(xué)元件互換性很差，改換元件時(shí)，整個(gè)儀表要進(jìn)展重新調(diào)整和分度。整個(gè)儀表要進(jìn)展重新調(diào)整和分度。4 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) l無(wú)無(wú) 700的下限。因光電器件可感受的下限。因光電器件可感受可見(jiàn)光，紅外光波長(zhǎng)可見(jiàn)光，紅外光波長(zhǎng) 2分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為分辨率高，光學(xué)高溫計(jì)最高為0.5，而光電高溫計(jì)可達(dá)而光電高溫計(jì)可達(dá)0.010.05； 3準(zhǔn)確度高，由于采用性能良好的單色準(zhǔn)確度高，由于采用性能良好的單色器器 4可延續(xù)自動(dòng)丈量，呼應(yīng)快?？裳永m(xù)自動(dòng)丈量，呼應(yīng)快。第二節(jié)第二節(jié) 單色輻射高溫計(jì)單色輻射高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)四、光電高溫計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì) 根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即

15、全部波根據(jù)全輻射定律制成的溫度計(jì)，即全部波長(zhǎng)的輻射能長(zhǎng)的輻射能M0, 溫度溫度T 。被測(cè)物體的輻射被測(cè)物體的輻射能經(jīng)物鏡聚焦在能經(jīng)物鏡聚焦在鉑箔上，使鉑箔鉑箔上，使鉑箔溫度升高，由熱溫度升高，由熱電堆測(cè)其溫度輸電堆測(cè)其溫度輸出熱電勢(shì)信號(hào)。出熱電勢(shì)信號(hào)。熱電堆由幾支同熱電堆由幾支同樣的熱電偶同向樣的熱電偶同向串聯(lián)，其目的是串聯(lián)，其目的是添加輸出的熱電添加輸出的熱電勢(shì)，提高靈敏度勢(shì)，提高靈敏度。一、根本任務(wù)原理一、根本任務(wù)原理二、輻射溫度計(jì)的構(gòu)造和原理二、輻射溫度計(jì)的構(gòu)造和原理熱熱電電堆堆的的作作用用？第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)1問(wèn)題：由于物體的問(wèn)題：由于物體的的不同，同一輻射出射度的不同

16、，同一輻射出射度M，在不同物體對(duì)應(yīng)不同溫度，所以顯示儀表，在不同物體對(duì)應(yīng)不同溫度，所以顯示儀表上標(biāo)注的是儀表是輻射溫度絕對(duì)黑體對(duì)應(yīng)的上標(biāo)注的是儀表是輻射溫度絕對(duì)黑體對(duì)應(yīng)的溫度溫度2輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為輻射溫度：被測(cè)物體真實(shí)溫度為T(mén)，其對(duì)應(yīng)的，其對(duì)應(yīng)的輻射出射度輻射出射度M，絕對(duì)黑體在溫度，絕對(duì)黑體在溫度Tp 時(shí)的輻射出時(shí)的輻射出射度射度M 0，M=M0, 溫度溫度Tp稱(chēng)為稱(chēng)為“輻射溫度輻射溫度 3)輻射溫度低于被測(cè)物體的實(shí)踐溫度。輻射溫度低于被測(cè)物體的實(shí)踐溫度。 為被測(cè)物體發(fā)射率為被測(cè)物體發(fā)射率44pTT14pTT 三三 輻射溫度輻射溫度第三節(jié)第三節(jié) 輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)四四 輻射溫度

17、計(jì)運(yùn)用時(shí)的本卷須知：輻射溫度計(jì)運(yùn)用時(shí)的本卷須知： 1 影響。盡量發(fā)明全輻射體的輻射條件影響。盡量發(fā)明全輻射體的輻射條件2中間介質(zhì)的影響，丈量間隔不可太遠(yuǎn)中間介質(zhì)的影響，丈量間隔不可太遠(yuǎn)3熱電偶冷端溫度影響。熱電偶冷端溫度影響。4按規(guī)定按規(guī)定D/L被測(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫被測(cè)物體的直徑，被測(cè)物體與溫度計(jì)之間的間隔的范圍，否那么會(huì)引起較大的度計(jì)之間的間隔的范圍，否那么會(huì)引起較大的誤差。誤差。L太大，被測(cè)物體在熱電堆上成像太小，不能全部太大，被測(cè)物體在熱電堆上成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的輻射能覆蓋住熱電堆十字平面，使熱電堆接受的輻射能減小，指示偏低。減小，指示偏低。L太

18、小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其它零太小，物像照到光闌邊緣和接近熱電堆的其它零件上，使冷端溫度升高，呵斥熱電勢(shì)下降，指示件上，使冷端溫度升高，呵斥熱電勢(shì)下降，指示偏低，且中間介質(zhì)影響大，也呵斥指示偏低。偏低，且中間介質(zhì)影響大，也呵斥指示偏低。第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)一、比色高溫計(jì)的原理一、比色高溫計(jì)的原理二、雙色比色高溫計(jì)實(shí)例二、雙色比色高溫計(jì)實(shí)例三、三色比色高溫計(jì)三、三色比色高溫計(jì) 第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)一一 原理：根據(jù)維恩偏移定律任務(wù)的溫度計(jì)。原理：根據(jù)維恩偏移定律任務(wù)的溫度計(jì)。經(jīng)過(guò)測(cè)物體兩個(gè)不同波長(zhǎng)下的光譜輻射出射經(jīng)過(guò)測(cè)物體兩個(gè)不同波長(zhǎng)下的光譜輻射出射度的比值推

19、得溫度。度的比值推得溫度。1 1 推導(dǎo)過(guò)程黑體推導(dǎo)過(guò)程黑體經(jīng)過(guò)測(cè)波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)測(cè)波長(zhǎng)11，22下的光譜輻射亮度下的光譜輻射亮度兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：兩式相除后取對(duì)數(shù)，整理后：sSTcTeccL1215110sSTcTeccL2225210120012251121lnLLln)(cTSSTTS比色比色溫度溫度第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)2 實(shí)踐物體的溫度實(shí)踐物體的溫度1比色溫度：比色溫度：實(shí)踐物體溫度實(shí)踐物體溫度T在兩個(gè)波長(zhǎng)在兩個(gè)波長(zhǎng) 1，和，和2的相應(yīng)亮的相應(yīng)亮度比值等于絕對(duì)黑體度比值等于絕對(duì)黑體Ts在兩個(gè)波長(zhǎng)在兩個(gè)波長(zhǎng) 1，和，和2的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度的亮度比，絕對(duì)黑體的溫度Ts就稱(chēng)為實(shí)踐物體就稱(chēng)為實(shí)踐物體的比色溫度。的比色溫度。2實(shí)踐物體的溫度公式：實(shí)踐物體的溫度公式： 根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出：根據(jù)定義，用維恩公式，可導(dǎo)出： 1 2為實(shí)踐物體的在波長(zhǎng)為實(shí)踐物體的在波長(zhǎng) 1，和，和2時(shí)的光譜發(fā)時(shí)的光譜發(fā)射率射率)(clnTTs212211111第四節(jié)第四節(jié) 比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)二二 比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：比色高溫計(jì)的特點(diǎn)：1對(duì)于絕對(duì)黑體對(duì)于絕對(duì)黑體T=Ts，由于，由于 1= 2=1 ；灰體同；灰體同樣樣T=Ts，由于，由于 1= 2 1 ； 普通物體普通物體T Ts由于由于 1 2 對(duì)于金屬物體，普通